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Sistemas Operacionais

Sistema de entrada e Saída

Tadeu Ferreira IFRN 2011

Sistema de Entrada e Saída I/O

● É uma das principais tarefas de um sistemacomputacional

● Como máquina abstrata o S.O. deve ofereceruma visão padronizada dos dispositivos deEntrada e Saída

● Controlar acesso concorrente

● Camadas de abstração

● Dispositivos não-confiáveis


I/O uma das principais tarefas deum computador

● Toda computação começa com uma entrada dedados

● Toda computação termina com uma saída dedados

● O tempo de reposta dos dispositivos de I/O sãoMUITO diferentes (comumente maiores) que otempo de componentes como memória eprocessador


Tempo de resposta de dispositivos


Visão padronizada dos dispositivosde Entrada e Saída

● Usuário não deve se preocupar se o dispositivoestá ligado numa placa ou na placa mãe

● Usuário não deve ter de se preocupar com otempo de resposta

● Usuário não deve ter de se preocupar com ascaracterísticas mecânicas do dispositivo

● O SO deve tratar da melhor maneira possíveisfalhas de hardware


Controlar acesso concorrente

● Alguns dispositivos não são preemptíveis● Portas Seriais

● Alguns deles nem são compartilháveis● Impressora● Gravador de Cds

● O sistema deve evitar situações de deadlock eprover acesso justo a todos os recursos portodos os processos


Arquitetura em camadas


Tipos de Dispositivos

● Dispositivos de Bloco

● Dispositivos de caractere


Dispositivos de Bloco

● Acesso em conjuntos de n Bytes (Blocos)

● Cada bloco tem um endereço diferente

● Transferências são em um ou mais blocos

● Ex.:● Disco● Pen drive● CDROM


Dispositivos de Caractere

● Acesso em Bytes

● Transferências em fluxo de caracteres

● Não endereçavel

● Ex.:● Impressoras● Rede● Mouse


I/O Mapeada em memória

● Os registradores e o buffer de memória ficamem um endereço fixo na memória

● O acesso aos dispositivos é feito do mesmojeito que se faz com a memória

● Pode ser híbrido com os registradores em umespaço de endereços separado


Conexão da CPU com osdispositivos de I/O


Vantagens do I/O mapeado emmemória

● Programação simplificada: o acesso é feitocomo um espaço de memória comum

● A proteçao a áreas de I/O é mais simples bastanunca oferecer a área de memória de I/O a umprocesso

● Todas funções de tratamento de memóriapodem ser usadas para dispositivos de I/O


Desvantagens do I/O mapeado emmemória

● Deve desablitar cache de memória

● Quando um pedido de memória é feito todos osdispositivos de I/O e a memória precisamreceber o sinal● Fácil com um só barramento● Complexo para multi-barramentos (Pentium)● Possível solução: pedir sempre para a memória se

falhar pedir aos dispositivos


Transferência entre o dispositivo e amemória Sem DMA

● 1 – Controlador Lê do disco

● 2 – Controlador Checa Integridade

● 3 – Controlador Interrompe a CPU

● 4 – SO em loop copia os dados do controladorpara memória principal

CPU

MemóriaPrincipal

1

2

3

4


Transferência entre o dispositivo e amemória Com DMA


Desvantagens de usar DMA

● A CPU é muito mais rápida que o controladorde DMA

● Se os dispositivos de I/O não sào tão lentos émelhor que a CPU espere pelo I/O

● Usando DMA a CPU espera pelo controladorDMA que espera pelo dispositivo

● Em sistemas embarcados isso implica em umcusto por vezes muito alto


Interrupções

● Provêem comunicação assíncrona com a CPU

● Funcionamento:


Gerenciadores de Interrupções

● Nível mais baixo antes do físico

● São pequenos trechos de código executadosquando ocorre uma interrupção

● É a responsável por comunicar aos níveissuperiores quando uma operação foicompletada

● Devem ser escondidos de outros blocos doS.O.


Gerenciador de Interrupções

1. salva registradores que ainda não foram salvos pelo hardwarede interrupção

2. estabelece contexto para rotina de tratamento de interrupção3. estabelece uma pilha para a rotina de tratamento de

interrupção4. sinaliza o controlador de interrupção, reabilita as interrupções5. copia os registradores de onde eles foram salvos6. executa rotina de tratamento de interrupção7. escolhe o próximo processo a executar8. estabelece o contexto da MMU para o próximo processo a

executar9. carrega os registradores do novo processo10. começa a executar o novo processo


Drivers de dispositivos

● Contem todo o código dependente dodispositivo

● Comunica-se com as controladoras enviandoos comandos e preenchendo registradores

● Tradução de instruções abstratas paracomandos concretos do dispositivo

● Tratamento de possíveis erros do dispositivo

● O criador do hardware desenvolve para o S.O.

● Espaço do Kernel X Espaço do usuário


Drivers de Dispositivos

● O SO oferece uma interface padrão para odesenvolvimento de drivers● De bloco● De caractere


Software Independente dedispositivo(1)

● Interface uniforme para os drivers dos dispositivos


Software Independente dedispositivo(2)

● Armazenamento em buffer

a) Entrada sem utilização de bufferb) Utilização de buffer no espaço do usuárioc) Utilização de buffer no núcleo seguido de cópia para oespaço do usuáriod) Utilização de buffer duplo no núcleo


Visão geral do Software de I/O

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